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常用机械故障诊断技术方法导师：王文姓名：方智敏学号：11721171一.机械故障诊断技术概述二.三种常用故障诊断方法振动检测温度检测油液分析检测三.机械故障诊断技术的展望四.参考文献一故障诊断技术概述1.定义：机械故障诊断技术是指通过对设备在运行中（或相对静态条件下）状态信息的处理和分析，结合诊断对象的历史状况，识别设备及其部件的实时技术状况，从而确定必要对策的技术。2.机械故障诊断的发展：离线的FFT分析仪阶段离线或在线的计算机辅助监测、诊断阶段网络化监测，故障诊断3.机械故障诊断技术按照所采用的技术手段振动分析法润滑油液分析法红外分析法声学分析法计算机辅助诊断及专家系统工程结构故障诊断机械零件故障诊断往复机械故障诊断液压设备故障诊断以及电气设备故障诊断按照诊断对象旋转机械故障诊断4.机械故障诊断的内容机械故障诊断以故障机理和技术检测为基础,以信号处理和模式识别为基本理论与方法。一般的机械系统故障诊断系统的划分机械测量物理监视与保护数据采集振动状态分析网络数据传输功能状态检测故障诊断诊断决策二.三种机械故障诊断技术振动检测温度检测油液分析检测一振动检测•机械设备在运转过程中会产生振动和噪声。据统计，由于振动引起的设备故障，在各类故障中占到60%以上。振动检测方法可以发现航空发动机故障的34%。•振动和噪声的强弱及其包含的频率成分与故障的类型、程度、部位和原因等有着密切的联系。利用这些信息进行故障诊断是比较有效的方法。•由于振动诊断具有诊断结果准确可靠，诊断技术便于自动化、集成化和遥测化，便于在线诊断、监测、故障预报，是一种无损检测方法，因此受到人们的普遍关注，在机械故障诊断的整个技术体系居于主要地位。如下图所示的振动检测系统可以实现设备的在线监测和诊断，利用系统对故障信息的敏感点通过监测振动信号的变化来检测系统的状态或者定位故障源。诊断参数的选择诊断参数主要包括振动的位移、速度或加速度，选择时主要应根据监测目的而选择。如需要关注的是设备零部件的位置精度或变形引起的破坏时，则应选择振动位移的峰值（或峰一峰值），因峰值反映的是位置变化的极限值；如关注的是惯性力造成的影响时，则应选择加速度，因为加速度与惯性力成正比；如关注的是零件的疲劳破坏，则应选择振动速度的均方根值，因为疲劳寿命主要取决于零件的变形能量与载荷的循环速度，振动速度的均方根值正好是它们的反映。从技术上讲，振动诊断方法由两大部分构成。第一部分是振动信号的获取，即根据具体情况选用适当的传感器，将能反映机械状况的振动信号，即某个物理量测量出来；第二部分是信号分析与数据解释，即根据被诊断故障的性质以及所采集的信号的特点，采用相应的信号处理技术，将信号中反映机械设备状态的特征提取出来，由此确定设备是否出现了故障、故障的类型以及故障的位置等。对振动信号应用不同的信号处理方法，就形成了以下几种振动诊断的基本方法：时域分析法(幅值域分析，时间序列分析，相关函数分析)频域分析法（功率谱分析，倒谱分析，包络谱分析，三维谱分析)时频域分析法（小波分析法）二温度检测温度异常是机械设备故障的“热信号”，利用这种热信号可以查找机件缺陷和诊断各种由热应力引起的故障。所以，在故障诊断中，监测机件温度的作用与医学诊断中测量体温的作用是极其相似的。温度诊断是以温度、温差、温度场、热象等热学参数为检测目标，其检测原理是以机件的热传导、热扩散或热容量等热学性能的变化为基础的，因此故障热信号的检测方法很多。测温方法：热电偶与热电阻测温，红外、光纤、激光测温仪表等红外测温设备对机械设备（带电设备应用最为广泛）的表面温度进行检测和诊断，以发现设备的缺陷和异常。常用的红外测温设备有三种：红外测温仪，红外热电视，红外热像仪。如下图例是红外测温仪原理框图以及红外测温设备在电力系统及工业中的应用。红外测温仪特点:非接触式测量,测温范围广,响应速度快,灵敏度高特点：非接触式测量,测温范围广，响应速度快,灵敏度高红外热像仪：它首先通过红外扫描单元把来自被测对象的电磁热辐射能量转化为电子视频信号，该信号经过放大、滤波等环节处理后传输到显示屏等处。热像仪的最大特点在于它不仅可以测某一点的温度，而且还可以测量物体的温度场；其输出可以是直接数字温度显示(点温)，也可以通过用不同的颜色来形象地表征被测物体的温度分布机械工业中的诊断实例机床主轴箱热变形检测车床主轴箱简化后的模型如图A所示，主轴箱的主要热源是主轴的前后轴承。车床运行时，轴承内由于摩擦产生的热量，一部分传给主轴并散入空间，另一部分传给箱体。箱体受热后，由于各部分温升不同而产生不同程度的热膨胀，导致箱体发生热变形，引起车床加工精度的变化。直接测量这种热变形很困难，因此需要用红外辐射来实测箱体轴承孔四周的具体温度。当主轴箱运行达到热平衡后，用热像仪测得BCGF面的温度场如图B所示，靠近热源最内圈1的温度为56.5℃，第2圈温度为40.5℃，第3圈为39℃，第4圈为34℃；测得AEHD面内，圈1为45℃，第2圈40℃，第3圈35.5℃，由图B可见，主轴箱前后两面温度场分布大致相同，根据温度场计算得到BCGF面的前轴承中心平均升高34.2μm，AEHD面的后轴承中心平均升高27.7μm，即在400mm长度内，主轴线倾斜6.5μm。三油液分析检测（一）：概述油液分析是指对运行中机械设备的润滑油进行检测、分析获取有用信息，并作出诊断结论的技术过程。油液分析主要包括两方面的内容（1）油液理化性能参数分析分析油液的粘度、闪点、水分、酸度和机械杂质等参数的变化来识别机械设备润滑状态，目的是防止机械零件因润滑不良而发生损伤。（2）油液中磨损微粒分析机械在运行过程中，磨损产物进入润滑油中。磨损微粒带有零件磨损状况的信息。不同的磨损时期、不同的磨损机理作用下产生的磨损微粒，在形貌、大小等方面存在较显著的差别。因此，对磨损微粒只要进行尺寸、浓度、形貌、分布和成分等参数的定性与定量分析，便可在不停机、不拆卸条件下诊断出机械设备的磨损状况（磨损部位、磨损机理、磨损程度等）油液分析通常是专指磨损产物的监测分析技术。油液分析的步骤采样油样处理检测诊断预测预处理油液分析的内容成分分析磨损产物的含量及其增长速度分析磨损产物的粒度和形貌分析油液分析方法光谱分析（磨损产物的尺寸小于10um）、铁谱分析（磨损产物的尺寸1—100um）磁塞检查（磨损产物的尺寸大于100um）（二）光谱分析法油液光谱分析法：是根据微粒的光谱确定它的化学成分及其含量的方法。油液光谱分析法的基本原理是原子受激发后要发光，光的波长不连续是线光谱，不同元素的原子由于结构不同，光谱线的数量和位置也不相同。因此，根据磨损微粒的光谱线数量和位置就能准确地诊断出它的化学成分及其含量。虽然，这种分析方法的灵敏度高，精度高，分析速度快，是测定微粒化学成分的基本方法。但这种分析方法不能反映微粒的形貌和大小，设备也很贵，操作也很麻烦，所以很少使用。（三）铁谱分析法铁谱分析法就是先利用高梯度强磁场将油样中的磨损微粒按大小有序地分离出来制成铁谱片，然后对微粒的含量、粒度、形貌和成分进行检测与分析。这种方法不仅可以确定机械设备的磨损程度和磨损类型，而且可以查明磨损的部位。但是，铁谱分析法对非铁磁材料沉积效率低，难以准确定量。铁谱分析仪器：铁谱仪主要有分析式铁谱仪，直读式铁谱仪和旋转式铁谱仪3种。近年来还研究成功了在线式铁谱仪。分析式铁谱仪（简称铁谱仪）：由一个高梯度强磁场的永久磁铁和一个有稳定流量的微量泵组成（0.25L/min）•制成的铁谱片需要用与铁谱仪配套的仪器进行检测分析，与之配套的仪器有铁谱片读数仪和铁谱显微镜两种。1)铁谱片读数仪:铁谱片读数仪实质是一台装有光电传感器的显微镜。利用透光法测量显微镜视野内沉积微粒所覆盖的面积，并显示出微粒复盖面积的百分数AA=B2/B1B1为显微镜视野面积；B2为沉积微粒在视野内覆盖的面积在距离铁谱片出口55-56mm处和50mm处分别检测时，可以得到大于5um大微粒和1-2um小微粒覆盖面积的百分数Al和AsIs=(Al+As)(Al-As)Al+As——表示总磨损量，Al-As——表示磨损严重程度机械设备有较大磨损时，润滑油中所含的微粒增多，总磨损量Al+As增大，机械设备正常运转时Al值比As值稍大一点。非正常磨损时不仅润滑油中微粒的总量明显增大，而且大尺寸磨损微粒也要增多，Al-As的值也要增大，也就说磨损烈度指数Is要急剧上升，所以Is是铁谱技术中一个灵敏度很高的重要参数，也是对磨损状况况反映最全面的综合参数，既反映了磨损微粒的总量又反映了磨损微粒的尺寸分布。2）铁谱显微镜铁谱显微镜又称双色显微镜，它有反射光和透射光两个独立光源，可同时使用也可单独使用，观测沉积在铁谱片上的微粒尺寸、形态和颜色，可分析微粒的成分，判别磨损的类型和来源。铁谱显微镜已能满足实际应用的各种要求。但若进行科学研究，还可以利用电子显微镜等高级仪器观察、分析铁谱片的细微形貌，提取更多、更准确的有用信息。直读式铁谱仪：是在分析式铁谱仪基础上发展起来的，它从油样中分离出微粒后直接就能取得读数，不需制成铁谱片用其他仪器进行检测分析。它只能提供大、小微粒的数量不能确定微粒的形貌和成分。常用它进行日常的油液监测工作（简易诊断），一旦发现磨损急剧上升，就应使用分析式铁谱仪检测微粒的形貌、分析微粒的成分、判别磨损的类型和部位（精密诊断）。因此，在采用铁谱分析法开展故障诊断时，分析式和直读式铁谱仪需要成套配置，配合使用。下图所示假设Dl是大微粒读数值，Ds是小微粒读数值（它们分别代表油样中大于5um的微粒和1-2um微粒的相对浓度），则总磨损量用Dl+Ds表示，磨损严重程度用Dl–Ds表示，磨损烈度指数Is=（Dl+Ds）（Dl–Ds）旋转式铁谱仪：主要由一个带动基片旋转的平台和一个高磁场强度、磁力线呈辐射状的环形永久磁铁组成。当油液由转动中心注入基片时，由于磁铁和平台旋转，基片上的油液及油液中的污染物（非铁磁性物质，如粉尘等）就被离心力甩到外面，而油液中的铁磁性微粒，则在离心力和基片下环形磁场力的作用下，按大小顺序在基片上沿辐射线分布，形成不同直径的3个同心圆环，内环微粒大都数在1-50um之间，中间环在1-20um，外环小于10um，，经清洗残油后制成的铁谱片，使用双色显微镜观测、分析即可得到有关磨损状况的各种信息。（四）磁塞检查法它的基本原理是用带磁性的塞头，插入润滑系统管道，收集油液中的微粒，取出后用读数显微镜直接观测微粒的大小、数量和形状判断机械零件的磨损状态。对磨损后期出现的尺寸较大的磨损微粒效果显著。但是磁塞难于定量分析，对十几微米的微粒也不敏感，所以早期预报的可靠性较低。下图是汽轮机的润滑系统，为了控制检测四个主轴承和增速齿轮箱的磨损，在相应的通道上装有磁塞。在整个回路中还装有全流道微粒敏感器，一旦回路产生较多的较大微粒，与敏感器连接的电气控制线路就立即动作，使主机停止运行。三机械故障诊断技术的展望随着现代数学、信息科学、计算机技术、电子技术、人工智能技术、网络技术更加广泛和深入的应用,故障诊断技术与当前前沿科学的融合是设备故障诊断技术的发展方向。机械故障诊断不断吸取现代科学技术发展的新成果,从理论到实际应用都有了迅速的发展,人们对故障机理、故障信号处理技术、故障诊断的智能化与远程化、故障诊断装置的研究将进入一个新的发展阶段。当今故障诊断技术的发展趋势是传感器的精密化、多维化、诊断理论诊断模型的多元化,诊断技术的智能化。参考文献[1]夏松波,黄文虎.不断总结经验,将我国设备监测与诊断技术提高到新水平,中国第九届振动与噪声技术交流会论文集,北京,1997：100-104[2]黄文虎,夏松波.设备故障诊断原理、技术及应用,科学出版社,1996,1-2[3]黄志坚,裘丽华.对现代机械故障诊断技术方法论的探讨.科学技术与辩证法,2001[4]周东华,王桂增.故障诊断技术综述.化工自动化及仪表,1998,25(1):58-62[5]何敏,张志